PROFIBUS现场总线在发电厂电气监控管理系统中的应用研究

摘要

伴随着电力体制改革的深入,电厂除了应对厂网分开竞价上网的政策,还要面对能源供应紧张的现实,要想在激烈的市场竞争中立足必须提高电厂的自动化水平。现场总线技术是当今自动化技术的热点,目前已经在许多行业得到了广泛应用,电厂也开始尝试通过现场总线技术的应用来提高综合自动化水平。与现行的DCS相比,现场总线控制系统最显著的特征在于开放性、分散性和全数字通信,基于现场总线技术的发电厂电气监控管理系统(ECMS)节省了硬件数量和投资,节省了控制电缆和安装维护费用,提高了系统的精度和可靠性。 PROFIBUS现场总线是目前欧洲市场占有率最高的一种现场总线,开展PROFIBUS技术的研究对推动我国现场总线技术的发展和智能装置的研发有着重要意义。 本文对发电厂电气监控管理系统进行了介绍,对PROFIBUS现场总线在发电厂电气监控管理系统中的应用进行了研究,详细分析了PROFIBUS的协议结构、技术特点,以及基于PROFIBUS-DP协议的低压厂用电保护装置的开发过程,包括设备DP接口的硬件设计、软件的设计、电子设备数据文件(GSD)的编写,分析了PROFIBUS-DP现场总线控制系统的体系结构和各部分的主要功能。 本文的最后设计了一个基于PROFIBUS现场总线的通信验证系统,较为系统的介绍了控制部分和监控部分的主要功能和实现方法,对西门子PLC控制程序以及监控组态软件WinCC设计监控后台的方法作了详细的介绍,通过系统验证了厂用电保护装置的DP通信功能,以及与其他PROFIBUS生产厂商产品的兼容性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的背景

1.2课题的意义

1.3论文的主要内容

第二章基于现场总线的发电厂电气监控管理系统

2.1发电厂电气监控管理系统简介

2.1.1发电厂厂用电气系统概述

2.1.2发电厂电气监控管理系统概念的提出

2.1.3发电厂电气监控管理系统的发展及现状

2.1.4发电厂电气监控管理系统构成

2.2现场总线技术介绍

2.2.1现场总线的概念

2.2.2现场总线的特点与优点

2.2.3几种较有影响力的现场总线介绍

2.3现场总线技术在电气监控管理系统中的应用概况

2.3.1现场总线在电气监控管理系统中的应用现状

2.3.2新型FCS控制系统与DCS控制系统比较

2.3.3现场总线与以太网

2.3.4发电厂电气监控管理系统常用的现场总线分析

2.3.5应用现场总线存在的问题

第三章PROFIBUS现场总线技术

3.1 PROFIBUS现场总线基础

3.2 PROFIBUS现场总线的协议结构

3.2.1 PROFIBUS的协议结构

3.2.2 PROFIBUS的物理层

3.2.3 PROFIBUS的数据链路层

3.2.4 PROFIBUS的应用层

3.3 PROFIBUS-DP协议

3.3.1 PROFIBUS-DP协议版本

3.3.2 PROFIBUS-DP技术特点

3.4 PROFIBUS-DP控制系统体系结构

3.4.1控制系统的配置

3.4.2控制系统的行为

3.4.3 PROFIBUS-DP网络的拓扑类型

第四章厂用电保护测控装置DP接口开发

4.1装置接口的整体方案

4.2装置接口的硬件电路设计

4.2.1协议芯片VPC3+C

4.2.2保护装置通信接口电路

4.3装置接口的软件设计

4.3.1 PROFIBUS-DP从站状态机

4.3.2软件模块设计

4.3.3 GSD文件编写

4.4.装置认证

第五章厂用电保护测控装置DP通信验证系统

5.1系统整体方案

5.2系统的硬件组成

5.2.1主站可编程控制器PLC选型

5.2.2 CP5611通讯处理器

5.2.3分布式I/OET200M

5.2.4 SIMEAS P电能质量分析仪

5.2.5 LPC系列厂用电保护装置

5.3系统中的软件

5.3.1 PLC编程软件STEP7

5.3.2 WinCC监控软件

5.3.3系统硬件组态和参数化

5.4控制部分的程序设计

5.4.1控制系统程序结构

5.4.2设计程序的方法

5.4.3主程序的设计

5.5监控后台设计

5.5.1监控项目的建立和组态

5.5.2建立和编辑监控画面

5.5.3报警设计

5.5.4WinCC项目运行

第六章总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间发表论文情况